Самодел 1 (1114716), страница 34

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 34)

Механизм сокетов чрезвычайно удобен при разработке взаимодействующих приложений, образующих систему «клиент-сервер». Клиент посылает серверу запросы на предоставление услуги, а сервер отвечает на эти запросы. Схема использования механизма сокетов для взаимодействия в рамках модели «клиент-сервер» такова. Процесс-сервер запрашивает у ОС сокет и, получив его, присваивает ему некоторое имя (адрес), которое предполагается заранее известным всем клиентам, которые захотят общаться с данным сервером. После этого сервер переходит в режим ожидания и обработки запросов от клиентов. Клиент, со своей стороны, тоже создает сокет и запрашивает соединение своего сокета с сокетом сервера, имеющим известное ему имя (адрес). После того, как соединение будет установлено, клиент и сервер могут обмениваться данными через соединенную пару сокетов. Ниже мы подробно рассмотрим функции, выполняющие все необходимые действия с сокетами, и напишем пример небольшой серверной и клиентской программы, использующих сокеты.

Типы сокетов.

Сокеты подразделяются на несколько типов в зависимости от типа коммуникационного соединения, который они используют. Два основных типа коммуникационных соединений и, соответственно, сокетов представляет собой соединение с использованием виртуального канала и датаграммное соединение.

Соединение с использованием виртуального канала

Последовательный поток байтов, гарантирующий надежную доставку сообщений с сохранением порядка их следования. Данные начинают передаваться только после того, как виртуальный канал установлен, и канал не разрывается, пока все данные не будут переданы.

Примером соединения с установлением виртуального канала является механизм каналов в UNIX, аналогом такого соединения из реальной жизни также является телефонный разговор. Заметим, что границы сообщений при таком виде соединений не сохраняются, т.е. приложение, получающее данные, должно само определять, где заканчивается одно сообщение и начинается следующее. Такой тип соединения может также поддерживать передачу экстренных сообщений вне основного потока данных, если это возможно при использовании конкретного выбранного протокола.

Соединение с использованием виртуального канала соответствует протоколу TCP.

Датаграммное соединение используется для передачи отдельных пакетов, содержащих порции данных – датаграмм. Для датаграмм не гарантируется доставка в том же порядке, в каком они были посланы. Вообще говоря, для них не гарантируется доставка вообще, надежность соединения в этом случае ниже, чем при установлении виртуального канала. Однако датаграммные соединения, как правило, более быстрые. Примером датаграммного соединения из реальной жизни может служить обычная почта: письма и посылки могут приходить адресату не в том порядке, в каком они были посланы, а некоторые из них могут и совсем пропадать.

Датаграммное соединение соответствует протоколу UDP.

Поскольку сокеты используются как для локального, так и для удаленного взаимодействия, встает вопрос о пространстве адресов сокетов.

Система сокетов позволяет по одним и тем же структурным последовательности системных вызовов организовать взаимодействие процессов как на отдельно взятом компьютере, так и в сети.

Поскольку сокеты могут использоваться как для локального, так и для удаленного взаимодействия, встает вопрос о пространстве адресов сокетов. При создании сокета указывается коммуникационный домен, к которому данный сокет будет принадлежать. Коммуникационный домен определяет форматы адресов и правила их интерпретации. Мы будем рассматривать два основных домена: для локального взаимодействия – домен AF_UNIX и для взаимодействия в рамках сети – домен AF_INET (префикс AF обозначает сокращение от address family – семейство адресов). В домене AF_UNIX формат адреса – это допустимое имя файла, в домене AF_INET адрес образуют имя хоста + номер порта.

Заметим, что фактически коммуникационный домен определяет также используемые семейства протоколов. Так, для домена AF_UNIX это будут внутренние протоколы ОС, для домена AF_INET – протоколы семейства TCP/IP. BSD UNIX поддерживает также третий домен – AF_NS, использующий протоколы удаленного взаимодействия Xerox NS, но мы его рассматривать не будем.

Функция создания сокета

socket()

Функция создания сокета так и называется – socket()

#include <sys/types.h>

#include <sys/socket.h>

int socket (int domain, int type, int protocol);

domain – коммуникационный домен, к которому должен принадлежать создаваемый сокет

AF_UNIX

AF_INET

type – тип соединения, которым будет пользоваться сокет (тип сокета)

SOCK_STREAM виртуальный канал

SOCK_DGRAM датаграммы

protocol –протокол, который будет использоваться в рамках данного коммуникационного домена для создания соединения.

Если установить значение данного аргумента в 0, система автоматически выберет подходящий протокол.

Константы для протокола AF_INET:

IPPROTO_TCP – обозначает протокол TCP (корректно при создании сокета типа SOCK_STREAM)

IPPROTO_UDP – обозначает протокол UDP(корректно при создании сокета типа SOCK_DGRAM)

В случае успеха функция возвращает положительное целое число – дескриптор сокета (аналог файлового дескриптора). В случае неудачи (например, при некорректном сочетании коммуникационного домена, типа сокета и протокола), функция возвращает –1.

Связывание

bind()

Связывание

#include <sys/types.h>

#include <sys/socket.h>

int bind (int sockfd, struct sockaddr *myaddr, int addrlen);

sockfd – дескриптор сокета

myaddr – указатель на структуру, содержащую адрес сокета

Для домена AF_UNIX формат структуры описан в <sys/un.h>.

#include <sys/un.h>

struct sockaddr_un {

short sun_family; /* == AF_UNIX */

char sun_path[108];

};

Для домена AF_INET формат структуры описан в <netinet/in.h>

#include <netinet/in.h>

struct sockaddr_in {

short sin_family; /* == AF_INET */

u_short sin_port; /* port number */

struct in_addr sin_addr; /* host IP address */

char sin_zero[8]; /* not used */

};

addrlen – последний аргумент функции задает реальный размер структуры, на которую указывает myaddr.

В случае успешного связывания bind возвращает 0, в случае ошибки – -1.

Если мы имеем дело с локальными сокетами и адрес сокета представляет собой имя файла, то при выполнении функции bind система в качестве побочного эффекта создает файл с таким именем. Поэтому для успешного выполнения bind необходимо, чтобы такого файла не существовало к данному моменту. Это следует учитывать, если мы «зашиваем» в программу определенное имя и намерены запускать нашу программу несколько раз – необходимо удалять этот файл перед связыванием. Также должно быть достаточно прав доступа, иначе может не установиться связь.

Различают сокеты с предварительным установлением соединения, когда до начала передачи данных устанавливаются адреса сокетов отправителя и получателя данных – сокеты соединяются друг с другом и остаются соединенными до окончания обмена данными и сокеты без установления соединения, когда соединение до начала передачи данных не устанавливается, а адреса сокетов отправителя и получателя передаются с каждым сообщением. Если тип сокета –виртуальный канал, то сокет должен устанавливать соединение, если же тип сокета – датаграмма, то, как правило, это сокет без установления соединения, хотя последнее не является требованием

Запрос на соединение

#include <sys/types.h>

#include <sys/socket.h>

int connect (int sockfd, struct sockaddr *serv_addr, int addrlen);

sockfd – дескриптор сокета

serv_addr – указатель на структуру, содержащую адрес сокета, с которым производится соединение, в формате, который мы обсуждали выше

addrlen – реальная длина структуры

В случае успешного связывания функция возвращает 0, в случае ошибки – -1. Код ошибки заносится в errno.

Заметим, что в рамках модели «клиент-сервер» клиенту, вообще говоря, не важно, какой адрес будет назначен сокету, т.к. никакой процесс не будет пытаться непосредственно установить соединение с сокетом клиента. Поэтому клиент может не вызывать предварительно функцию bind, в этом случае при вызове connect система автоматически выберет приемлемые значения для локального адреса клиента. Однако сказанное справедливо только для взаимодействия в рамках домена AF_INET, в домене AF_UNIX клиентское приложение само должно позаботиться о связывании сокета.

Следующие два вызова используются сервером только в том случае, если используются сокеты с предварительным установлением соединения.

Прослушивание сокета

#include <sys/types.h>

#include <sys/socket.h>

int listen (int sockfd, int backlog);

sockfd – дескриптор сокета

backlog – максимальный размер очереди запросов на соединение.

В случае успешного связывания функция возвращает 0, в случае ошибки – -1. Код ошибки заносится в errno.

Этот вызов используется процессом-сервером для того, чтобы сообщить системе о том, что он готов к обработке запросов на соединение, поступающих на данный сокет. До тех пор, пока процесс – владелец сокета не вызовет listen, все запросы на соединение с данным сокетом будут возвращать ошибку.

ОС буферизует приходящие запросы на соединение, выстраивая их в очередь до тех пор, пока процесс не сможет их обработать. В случае если очередь запросов на соединение переполняется, поведение ОС зависит от того, какой протокол используется для соединения. Если конкретный протокол соединения не поддерживает возможность перепосылки (retransmission) данных, то соответствующий вызов connect вернет ошибку ECONNREFUSED. Если же перепосылка поддерживается (как, например, при использовании TCP), ОС просто выбрасывает пакет, содержащий запрос на соединение, как если бы она его не получала вовсе. При этом пакет будет присылаться повторно до тех пор, пока очередь запросов не уменьшится и попытка соединения не увенчается успехом, либо пока не произойдет тайм-аут, определенный для протокола. В последнем случае вызов connect завершится с ошибкой ETIMEDOUT. Это позволит клиенту отличить, был ли процесс-сервер слишком занят, либо он не функционировал. В большинстве систем максимальный допустимый размер очереди равен 5.

Подтверждение соединения

#include <sys/types.h>

#include <sys/socket.h>

int accept (int sockfd, struct sockaddr *addr, int *addrlen);

sockfd – дескриптор сокета

addr – указатель на структуру, в которой возвращается адрес клиентского сокета, с которым установлено соединение (если адрес клиента не интересует, передается NULL).

addrlen – возвращается реальная длина этой структуры максимальный размер очереди запросов на соединение.

Возвращает дескриптор нового сокета, соединенного с сокетом клиентского процесса.

Этот вызов применяется сервером для удовлетворения поступившего клиентского запроса на соединение с сокетом, который сервер к тому моменту уже прослушивает (т.е. предварительно была вызвана функция listen). Accept извлекает первый запрос из очереди и устанавливает с ним соединение. Если к моменту вызова accept никаких запросов на соединение с данным сокетом еще не поступало, процесс, вызвавший accept, блокируется до поступления запросов. Когда запрос поступает и соединение устанавливается, accept возвращает дескриптор нового сокета, соединенного с сокетом клиентского процесса. Через этот новый сокет и осуществляется обмен данными, в то время как старый сокет продолжает обрабатывать другие поступающие запросы на соединение (напомним, что именно первоначально созданный сокет связан с адресом, известным клиентам, поэтому все клиенты могут слать запросы только на соединение с этим сокетом). Это позволяет процессу-серверу поддерживать несколько соединений одновременно. Обычно это реализуется путем порождения для каждого установленного соединения отдельного процесса-потомка, который занимается собственно обменом данными только с этим конкретным клиентом, в то время как процесс-родитель продолжает прослушивать первоначальный сокет и порождать новые соединения. Во втором параметре передается указатель на структуру, в которой возвращается адрес клиентского сокета, с которым установлено соединение, а в третьем параметре возвращается реальная длина этой структуры. Благодаря этому сервер всегда знает, куда ему в случае надобности следует послать ответное сообщение. Если адрес клиента нас не интересует, в качестве второго аргумента можно передать NULL.

Прием и передача данных

Собственно для приема и передачи данных через сокет используются три пары функций.

#include <sys/types.h>

#include <sys/socket.h>

int send(int sockfd, const void *msg, int len, unsigned int flags);

int recv(int sockfd, void *buf, int len, unsigned int flags);

Аргументы функций:

sockfd – дескриптор сокета, через который передаются данные

Для send:

len – длина сообщения

Характеристики

Список файлов лекций